Практическая работа по материаловедению по теме "Чугуны"для студентов СПО

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 7.

Тема: «Изучение основных марок чугунов»

Цель работы: изучить марки и области применения чугунов; научиться расшифровывать марки чугунов.

Материальное оснащение: тетрадь, справочный материал, учебник

Ход работы:

1. Ознакомьтесь с теоретической частью.

2. Выполните задание практической части.

СПРАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ

Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода. Они содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве.

Чугун отличается от стали: по составу - более высокое содержание углерода и примесей; по технологическим свойствам - более высокие литейные свойства, малая способность к пластической деформации, почти не используется в сварных конструкциях.

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают: белый чугун - углерод в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск; серый чугун - весь углерод или большая часть находится в свободном состоянии в виде графита, а в связанном состоянии находится не более 0,8 % углерода. Из-за большого количества графита его излом имеет серый цвет; половинчатый - часть углерода находится в свободном состоянии в форме графита, но не менее 2 % углерода находится в форме цементита. Мало используется в технике.

В зависимости от формы графита и условий его образования различают следующие группы чугунов: серый — с пластинчатым графитом; высокопрочный — с шаровидным графитом; ковкий — с хлопьевидным графитом.

Белые чугуны

Белые чугуны характеризуются наличием углерода в виде цементита (FesC). Белый чугун отличается: высокой твердостью, хрупкостью, высокой износостойкостью.

Белый чугун имеет очень низкую обрабатываемость резанием. Обычно он не подвергается механической обработке и используется для переделки в ковкий чугун.

Ковкий чугун.

Хорошие свойства у отливок обеспечиваются, если в процессе кристаллизации и охлаждения отливок в форме не происходит процесс графитизации. Чтобы предотвратить графитизацию, чугуны должны иметь пониженное содержание углерода и кремния.

Различают 7 марок ковкого чугуна: три с ферритной (КЧ 30 - 6) и четыре с перлитной (КЧ 65 - 3) основой (ГОСТ 1215).

По механическим и технологическим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью. Недостатком ковкого чугуна по сравнению с высокопрочным является ограничение толщины стенок для отливки и необходимость отжига.

Отливки из ковкого чугуна применяют для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках.

Из ферритных чугунов изготавливают картеры редукторов, ступицы, крюки, скобы, хомутики, муфты, фланцы.

Из перлитных чугунов, характеризующихся высокой прочностью, достаточной пластичностью, изготавливают вилки карданных валов, звенья и ролики цепей конвейера, тормозные колодки.

Маркировка ковкого чугуна: обозначаются индексом КЧ (ковкий чугун) и числами. Первое число соответствует пределу прочности на растяжение, умноженное на 10^-1, второе число - относительное удлинение.

Например: КЧ 30-6 - ковкий чугун, предел прочности при растяжении 300МПа, относительное удлинение 6 %.

Серые чугуны.

Серый чугун широко применяется в машиностроении, так как легко обрабатывается и обладает хорошими свойствами.

В зависимости от прочности серый чугун подразделяют на 10 марок (ГОСТ 1412).

Серые чугуны при малом сопротивлении растяжению имеют достаточно высокое сопротивление сжатию. Структура металлической основы зависит от количества углерода и кремния. Учитывая малое сопротивление отливок из серого чугуна растягивающим и ударным нагрузкам, следует использовать этот материал для деталей, которые подвергаются сжимающим или изгибающим нагрузкам. В станкостроении это - базовые, корпусные детали, кронштейны, зубчатые колеса, направляющие; в автостроении - блоки цилиндров, поршневые кольца, распределительные валы, диски сцепления. Отливки из серого чугуна также используются в электромашиностроении, для изготовления товаров народного потребления.

Маркировка серых чугунов: обозначаются индексом СЧ (серый чугун) и числом, которое показывает значение предела прочности, умноженное на 10^-1.

Например: СЧ 10 - серый чугун, предел прочности при растяжении 100 МПа.

Высокопрочный чугун.

Получают эти чугуны из серых, в результате модифицирования магнием или церием. По сравнению с серыми чугунами, механические свойства повышаются, это вызвано отсутствием неравномерности в распределении напряжений из-за шаровидной формы графита.

Эти чугуны обладают высокой жидкотекучестью, линейная усадка - около 1%. Литейные напряжения в отливках несколько выше, чем для серого чугуна. Из-за высокого модуля упругости достаточно высокая обрабатываемость резанием. Обладают удовлетворительной свариваемостью.

Из высокопрочного чугуна изготовляют тонкостенные отливки (поршневые кольца), шаботы ковочных молотов, станины и рамы прессов и прокатных станов, изложницы, резцедержатели, планшайбы.

Отливки коленчатых валов массой до 2 - 3 т, взамен кованых валов из стали, обладают более высокой циклической вязкостью, малочувствительны к внешним концентраторам напряжения, обладают лучшими антифрикционными свойствами и значительно дешевле.

Маркировка высокопрочного чугуна: обозначаются индексом ВЧ (высокопрочный чугун) и числом, которое показывает значение предела прочности, умноженное на 10^-1.

Например: ВЧ 50 - высокопрочный чугун с пределом прочности на растяжение 500 МПа.

Антифрикционные чугуны

Антифрикционные чугуны получают на основе серых, высокопрочных или ковких чугунов. Антифрикционный чугун обладает хорошей износостойкостью, поэтому эти чугуны используются для изготовления деталей, работающих в условиях трения скольжения (подшипник скольжения).

Маркировка антифрикционных чугунов: обозначение марки антифрикционного чугуна включает: буквы АЧ (обозначают «антифрикционный чугун»); буква С - серый; буква В - высокопрочный; буква К - ковкий; цифры (указывают номер марки чугуна).

Например: АЧВ- 1 – антифрикционный чугун, высокопрочный, номер марки 1.

Чугуны со специальными свойствами

Путем введения легирующих элементов создаются чугуны со специаль­ными физическими и химическими свойствами. К таким чугунам относится жаропрочный, жаростойкий, коррозионно - стойкий и т.п.

1. Жаропрочный чугун предназначен для эксплуатации механизмов при температуре до 600°С. Легирован никелем, хромом, марганцем. Имеет пониженную обрабатываемость резанием. Жаропрочный чугун применяется для изготовления деталей газовых турбин, насосов, двигателей внутреннего сгорания.

Маркировка жаропрочного чугуна: буква Ч (обозначает «чугун»); буквы Н, X, Г (обозначают легирующие элементы - никель, хром, марганец); буква Ш (обозначает, что графит имеет шаровидную форму); цифры за буквой (указывают процентное содержание легирующих элемен­тов).

Например: ЧН11Г7Х2Ш – чугун, с содержанием никеля 11%, марганца 7%, хрома 2%, шаровидная форма графита.

2. Жаростойкий чугун обладает способностью противостоять окислению при повышенных температурах. Легирован хромом, кремнием, алюминием. Жаростойкий чугун применяется для талей турбин, двигателей, работаю­щих при температурах до 1000°С.

Маркировка жаростойкого чугуна: буквы ЖЧ (обозначают «жаростойкий чугун»); буквы X, С, Ю (обозначают легирующие элементы -хром, кремний, алюминий); букву Ш (обозначает, что графит имеет шаровидную форму); цифры (указывают процентное содержание легирующих элементов).

Например: ЖЧЮШ-22- жаростойкий чугун, с содержанием алюминия 22%, с шаровидной формой графита.

3. Коррозионно стойкие чугуны в состав которых вводится хром, титан, молиб­ден, медь, никель с целью повышения его коррозионной стойкости. Коррозионностойкий чугун сохраняет свойства при работе в газовых сре­дах, водных растворах. Коррозионно стойкий чугун применяется для изготовления деталей паровых машин и турбин дизелей двигателей внутреннего сгорания, деталей нефтехимического оборудования.

Маркировка коррозионно стойкого чугуна: букву Ч (обозначает «чугун»); буквы X, Т, М, Д, Н (обозначают легирующие элементы - хром, титан, мо­либден, медь, никель); букву Ш (обозначает, что графит имеет шаровидную форму); цифры (указывают процентное содержание легирующих элементов).

Например: ЧН15Д3ХШ – чугун, с содержанием никеля 15%, меди – 3%, хрома – 1%, с шаровидной формой графита.

Таблица обозначений легирующих элементов

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Внимательно изучите справочный материал.
2. Заполните схему «Классификация чугунов»

ЧУГУНЫ

?

углерод в виде ???

?

??? форма графита

углерод в виде

??? графита

белого чугуна

?

углерод в виде ???

?

КЧ-35-10; КЧ- 30-6 ВЧ 38-17; ВЧ 80-2

3. Перечертите таблицу в тетрадь и заполните ее.

4. Дайте расшифровку маркам чугуна. Работу выполните по вариантам указанным преподавателем.

5. Сделайте соотношение

6. Сделайте вывод.
1 – Ж, 2- Д, 3- Е, 4- А, 5- В, 6- Б, 7-Г